CN108193165A - 一种带有磁场辅助机构的渗氮炉 - Google Patents

一种带有磁场辅助机构的渗氮炉 Download PDF

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Abstract

一种带有磁场辅助机构的渗氮炉，其主要是：在炉壳内相对的两侧设有连接件，其上各设一个平板形磁体架，该两磁体架与炉壳侧通孔中心线平行，每个磁体架上分别设上、中、下三个水平的条形挡板，每个挡板均由紧固件与磁体架相连，每个挡板与磁体架之间各夹有两个并列为一组的线圈内设有铁块的电磁铁，每组电磁铁线圈的两根导线分别与设在侧炉盖上的接线柱相连，并且炉壳两侧的上、中、下三组电磁铁对称设置。本发明可以使工件氮化速度加快、氮化时间短，大幅度缩短氮化周期，降低工艺成本，减少工件变形，改善氮化层质量，使得工件氮化层含氮浓度增大并消除氮化层的脆性，提高表面层机械性能；结构先进合理，操作方便，运行可靠，经久耐用。

Description

一种带有磁场辅助机构的渗氮炉
技术领域
本发明涉及一种渗氮设备。
背景技术
渗氮就是将氮渗入工件表面，形成富氮硬化层的化学热处理过程。氮化将提高工件表面的硬度、耐磨性和耐蚀性。许多精密零件都采用渗氮处理作为最后的工序，比如精密机床主轴的轴颈，航空发动机曲轴的轴颈和汽缸套等。一般的渗氮炉由炉体、真空系统、供气系统、测温系统及控制系统组成。然而渗氮的过程周期较长，使得渗氮的效率很低，并且普通氮化表层易出现脆性。因此，人们研究出了一些方法来克服这一缺点，比如磁场氮化、感应加热气体氮化、真空离子氮化、超声波氮化等。磁场氮化具有氮化速度快、氧化层性能好、效能高、时间短、降低工艺成本，尤其是降低氮化温度的优点。磁场氮化对减少工件变形有着很大意义，同时改善氮化层性能，表层可形成致密性的化合物层，减少氮化物区的脆性。
同时国内现使用的气体渗氮炉普遍具有一个缺点是，罐内渗氮气氛压力低，气氛压力不高，极大地影响了渗氮速度和质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能提高渗氮速度和质量的带有磁场辅助机构的渗氮炉。
本发明主要包括：炉体、炉胆、炉管及电磁铁。其中，炉体有中空的炉壳，炉壳下部设有与其连通的炉壳充气管道，通过该管道为炉壳充入氩气，炉壳上部设有与其连通的炉壳排气管道。炉壳上端和侧壁各设一个通孔，其侧通孔上设有侧炉盖，其法兰盘与炉壳侧通孔法兰盘对应由螺栓相连。炉壳上通孔通过炉胆夹套与上炉盖相连。炉胆为下端封闭的圆筒，其上部外设夹套，在夹套外壁上设有进、出水孔及与其相连的水管，夹套下端所设的下法兰盘与炉壳上端开口所设的法兰对应并由螺栓相连，夹套上端所设的上法兰盘与上炉盖法兰盘对应，两者通过螺栓相连。最好，上炉盖上设有炉盖把手。上炉盖中部设有通孔，其内有通氨气及氮气的充气管道穿过，该氨气及氮气的充气管道向下延伸至炉胆反应室底部，炉胆的排气管穿过夹套内外壁对应的通孔而置于夹套外，端部设真空阀。炉胆下部为反应室其内径分为上、中、下三段，由上至下逐渐缩小，在上段与中段的台阶上置有一个保温盖，其中心设有充气管道通过的通孔，该保温盖用于防止上炉盖和炉壳受热；在中段与下段的台阶上置有一个多孔圆盘，其中心设有充气管道通过的通孔，在该通孔周围还设有其他通孔，用于放置氮化工件。炉胆下部置于蛇盘形加热炉管圈内，加热炉管材料为碳化硅，炉管内壁设置有加热炉丝，炉丝通过铜螺栓连接电源引线，并且电源线套有绝缘套，其两端分别与设在侧炉盖上的接线柱相连。所述炉管嵌套在圆筒形耐火材料炉衬上，耐火材料炉衬外面设有保温棉套筒，该耐火材料炉衬、炉管及炉胆底部均置于两个半环形陶瓷垫片上，该两陶瓷垫片又置于设有通孔的圆盘形耐火砖上，该耐火砖置于圆环形支撑台上，该支撑台置于炉壳底内。测温电偶穿过两陶瓷垫片间隙，一端置于下面耐火砖的中心，另一端穿过侧炉盖并置于其上。在炉壳内相对的两侧设有连接件，其上各设一个平板形磁体架，该两磁体架与炉壳侧通孔中心线平行，每个磁体架上分别设上、中、下三个水平的条形挡板，每个挡板均由紧固件与磁体架相连，每个挡板与磁体架之间各夹有两个并列为一组的线圈内设有铁块的电磁铁。每组电磁铁线圈的两根导线分别与设在侧炉盖上的接线柱相连，并且炉壳两侧的上、中、下三组电磁铁对称设置。另在上炉盖与炉胆夹套上法兰、炉胆夹套下法兰与炉壳上端开口及炉壳侧开口与侧炉盖之间的法兰连接处均设有密封垫圈，用于密封。
本发明工作时采用辅加磁场氮化，炉壳内双侧对称磁场对氮化工件提供磁场，以提高氮化速度，降低工艺成本，并改善氮化层性能，减少氮化区的脆性。磁场辅助机构分为上层、中层及下层加磁方式，可以根据所需氮化工件的大小调整磁场强弱，氮化工件比较小时只需开启下层磁场便可在氮化过程中对工件加以磁场氮化，避免资源浪费，氮化工件比较大时可以将三层磁场全部开启，以加强磁场氮化。充入炉壳内的保护气体氩气，既可以保护炉丝与炉胆，又可以延长炉丝与炉胆的使用寿命，从而降低设备损耗，节约成本；同时通过氩气压力的提升从而提高炉壳内压力(即炉胆外壁压力)，减小增压氮化时炉胆所受压力，这样通过适时调整炉壳内压力，可以将炉胆的高温变形降低到最小。炉胆上端设有循环水套，可以避免炉壳受热，而炉胆反应室上端放置的保温盖又可以保护炉壳上开口上的塑胶垫圈不因温度过高而报废。缠绕在发热炉管上的炉丝引线、磁场引线以及电偶引线在压力条件下引出接头，并在保证炉体密封性的前提下引出连接到侧面炉盖接线柱。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、本发明可以使工件氮化速度加快、氮化时间短，大幅度缩短氮化周期，降低工艺成本，减少工件变形，改善氮化层质量，使得工件氮化层含氮浓度增大并消除氮化层的脆性，提高表面层机械性能。
2、本发明结构先进合理，操作方便，运行可靠，经久耐用。
3、本发明炉体密封性良好，安装有可靠的充、放气控制系统，可使炉内在真空状态下净化氮化工件表面，去除氧化膜层，有利于吸附和界面反应。
4、本发明可实现碳素钢、合金钢、铸铁、钛合金等合金的表面以N2、NH3、以及N2+NH3为介质从室温到1200℃高温下及压力从常压到最高2.0MPa的气体压力内的氮化。
附图说明
图1是本发明立体示意简图；
图2是本发明剖视立体示意简图；
图3为本发明中炉胆剖视立体示意简图；
图4为本发明中发热炉管及耐火材料炉衬剖视立体示意简图；
图5为本发明中测温电偶、陶瓷垫片与耐火砖的立体示意简图；
图6为本发明中支撑台的立体示意简图；
图7为本发明中设在炉壳内壁连接件的立体示意简图；
图8为本发明中磁体架及电磁铁的立体示意简图；
图9为本发明中侧面炉盖的立体示意简图；
图中：1-氨气和氮气充气管道，2-进水管，3-出水管，4-炉胆排气管道，5-真空阀，6-炉壳排气管道，7-炉壳充气管道，8-上炉盖，9-炉胆上法兰盘，10-炉胆下法兰盘，11-炉壳顶部法兰盘，12-侧炉盖，13-侧面炉盖法兰盘，14-炉胆夹套，15-测温电偶，16-炉胆，17-保温盖，18-多孔圆盘，19-保温棉套筒，20-加热炉管，21-耐火材料炉衬，22-陶瓷垫片，23-耐火砖，24-支撑台，25-炉壳，26-紧固螺栓，27-塑胶垫圈，28-高强螺栓，29-炉盖把手，30-炉丝引线，31-塑胶垫圈，32-炉丝接线柱，33-磁铁引线接线柱，34-紧固螺栓，35-塑胶垫圈，36-磁体架，37-条块状挡板，38-磁铁块，39-紧固螺栓，40-方形架连接件。
具体实施方式
以下结合附图对发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在图1和图2所示的带有磁场辅助机构的渗氮炉的立体示意简图中，炉体有中空的炉壳25，炉壳下部设有与其连通的炉壳充气管道7，炉壳上部设有与其连通的炉壳排气管道6。炉壳上端和侧壁各设一个通孔，其侧通孔上设有侧炉盖12，其法兰盘13与炉壳侧通孔法兰盘对应由紧固螺栓34相连。炉壳上通孔的通过炉胆夹套14与上炉盖8相连。炉胆16为下端封闭的圆筒，如图3所示，其上部外设夹套，在夹套外壁上设有进、出水孔及与其相连的进水管2和出水管3，夹套下端所设的下法兰盘10与炉壳上端开口所设的法兰盘对应并由高强螺栓28相连，夹套上端所设的上法兰盘9与上炉盖法兰盘11对应，两者通过紧固螺栓26相连。上炉盖上设有炉盖把手29。上炉盖中部设有通孔，其内有通氨气及氮气的充气管道1穿过，该氨气及氮气的充气管道向下延伸至炉胆反应室底部，炉胆的排气管4穿过夹套内外壁对应的通孔而置于夹套外，端部设真空阀5。炉胆下部为反应室其内径分为上、中、下三段，由上至下逐渐缩小，在上段与中段的台阶上置有一个保温盖17，其中心设有充气管道通过的通孔，在中段与下段的台阶上置有一个多孔圆盘18，其中心设有充气管道通过的通孔，在该通孔周围还设有其他通孔。炉胆下部置于蛇盘形发热炉管20圈内，发热炉管材料为碳化硅，炉管内壁设置有加热炉丝，炉丝两端通过炉丝引线30与设在侧炉盖12上的可与电源相连的炉丝接线柱32相连，并且电源线套有绝缘套，所述炉管嵌套在圆筒形耐火材料炉衬21上，如图4所示，耐火材料炉衬外面设有保温棉套筒19。耐火材料炉衬、炉管及炉胆底部均置于两个半环形陶瓷垫片22上，该两陶瓷垫片又置于设有通孔的圆盘形耐火砖23上，如图5所示，该耐火砖置于圆环形支撑台24上，如图6所示，该支撑台置于炉壳底内。测温电偶15穿过两陶瓷垫片间隙，一端置于下面耐火砖的中心，另一端穿过侧炉盖并置于其上。在炉壳内相对的两侧设有上下两个方架形连接件40，如图7所示，其上各设一个平板形磁体架36，该两磁体架与炉壳侧通孔中心线平行，每个磁体架上分别设上、中、下三个水平的条形挡板37，每个挡板均由紧固螺栓39与磁体架相连，每个挡板与磁体架之间各夹有两个并列为一组线圈内设有铁块的电磁铁38，如图8所示，每组电磁铁线圈的两根导线分别与设在侧炉盖上的磁铁吸引接线柱33相连，如图9所示，并且炉壳两侧的上、中、下三组电磁铁对称设置。另在上炉盖法兰盘与炉胆夹套上法兰盘之间设有塑胶垫圈27、炉胆夹套下法兰盘与炉壳上端开口法兰盘之间设有塑胶垫圈35，炉壳侧开口法兰盘与侧炉盖法兰盘之间设有塑胶垫圈31。

Claims (4)

1.一种带有磁场辅助机构的渗氮炉，其特征在于：炉体有中空的炉壳，炉壳下部设有与其连通的炉壳充气管道，炉壳上部设有与其连通的炉壳排气管道，炉壳上端和侧壁各设一个通孔，其侧通孔上设有侧炉盖，其法兰盘与炉壳侧通孔法兰盘对应由螺栓相连，炉壳上通孔通过炉胆夹套与上炉盖相连，炉胆为下端封闭的圆筒，其上部外设夹套，在夹套外壁上设有进、出水孔及与其相连的水管，夹套下端所设的下法兰盘与炉壳上端开口所设的法兰对应并由螺栓相连，夹套上端所设的上法兰盘与上炉盖法兰盘对应，两者通过螺栓相连，上炉盖中部设有通孔，其内有通氨气及氮气的充气管道穿过，该氨气及氮气的充气管道向下延伸至炉胆反应室底部，炉胆的排气管穿过夹套内外壁对应的通孔而置于夹套外，端部设真空阀，炉胆下部为反应室其内径分为上、中、下三段，由上至下逐渐缩小，在上段与中段的台阶上置有一个保温盖，其中心设有充气管道通过的通孔，在中段与下段的台阶上置有一个多孔圆盘，其中心设有充气管道通过的通孔，在该通孔周围还设有其他通孔，炉胆下部置于蛇盘形加热炉管圈内，炉管内壁设置有加热炉丝，炉丝通过铜螺栓连接电源引线，并且电源线套有绝缘套，其两端分别与设在侧炉盖上的接线柱相连，所述炉管嵌套在圆筒形耐火材料炉衬上，该耐火材料炉衬、炉管及炉胆底部均置于两个半环形陶瓷垫片上，该两陶瓷垫片又置于设有通孔的圆盘形耐火砖上，该耐火砖置于圆环形支撑台上，该支撑台置于炉壳底内，测温电偶穿过两陶瓷垫片间隙，一端置于下面耐火砖的中心，另一端穿过侧炉盖并置于其上，在炉壳内相对的两侧设有连接件，其上各设一个平板形磁体架，该两磁体架与炉壳侧通孔中心线平行，每个磁体架上分别设上、中、下三个水平的条形挡板，每个挡板均由紧固件与磁体架相连，每个挡板与磁体架之间各夹有两个并列为一组的线圈内设有铁块的电磁铁，每组电磁铁线圈的两根导线分别与设在侧炉盖上的接线柱相连，并且炉壳两侧的上、中、下三组电磁铁对称设置。
2.根据权利要求1所述的带有磁场辅助机构的渗氮炉，其特征在于：耐火材料炉衬外面设有保温棉套筒。
3.根据权利要求1或2所述的带有磁场辅助机构的渗氮炉，其特征在于：在上炉盖与炉胆夹套上法兰、炉胆夹套下法兰与炉壳上端开口及炉壳侧开口与侧炉盖之间的法兰连接处均设有密封垫圈。
4.根据权利要求3所述的带有磁场辅助机构的渗氮炉，其特征在于：上炉盖上设有炉盖把手。
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